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Le séquençage du génome entier comme méthode d'identification

Une entreprise internationale spécialisée dans les solutions médicales, qui fournit des systèmes de bain au NHS, a connu une épidémie de contamination sur plusieurs sites au Royaume-Uni. Lors d’analyses d’eau de routine effectuées par 20 à 30 laboratoires, Pseudomonas aeruginosa a été isolé au niveau des robinets et des pommeaux de douche, mais pas dans l’eau d’alimentation. Les baignoires avaient été installées et testées avant tout contact avec les patients et, en l’absence de contamination dans l’eau d’alimentation, cela suggérait une colonisation sur le site de fabrication (en Europe). Des échantillons d’eau ont été prélevés sur le site européen et analysés ; la contamination détectée a été identifiée de manière indépendante comme étant due à Pseudomonas aeruginosa ST-17 grâce à un séquençage du génome complet (WGS) suivi d’un typage par séquences multilocus (MLST).

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Les colonies de Pseudomonas aeruginosa isolées dans 20 des 30 laboratoires ont été repiquées pour obtenir des cultures pures, puis confirmées par identification bactérienne par MALDI-TOF. Le séquençage du génome complet (WGS) a été utilisé pour déterminer la relation entre ces colonies et la souche du site de fabrication. L’extraction de l’ADN génomique (ADNg) et la préparation de la bibliothèque NGS ont été réalisées. Après l’appel des bases, un typage séquentiel multilocus (MLST) a été réalisé pour 7 gènes de référence. Cette méthode MLST a été utilisée à la demande du client, afin de rester cohérent avec son approche antérieure, et 20/30 Labs a pu faciliter cette démarche. Un consensus a été établi entre les isolats ; l’isolat britannique a également été identifié comme étant Pseudomonas aeruginosa ST-17, confirmant ainsi l’origine du foyer épidémique. Ces informations ont été utilisées par la société de solutions médicales pour décider s’il fallait procéder à un nettoyage en profondeur et délocaliser le site de fabrication.

Farzana Sultana, 7 July 2023

Approche

  1. 1.

    Étape 1 : Objectif

    Le client a fourni un ou plusieurs échantillons d’eau en vue d’un séquençage du génome entier (WGS).

    20/30 Labs devait utiliser la plateforme Nanopore GridION, puis procéder à un typage séquentiel multilocus (MLST) sur le génome consensuel obtenu, afin de confirmer que l’organisme isolé est bien Pseudomonas aeruginosa ST-17, c’est-à-dire une colonisation provenant du site de fabrication.

  2. 2.

    Étape 2 : Identification et isolement des colonies

    Après filtration sur membrane et incubation, les échantillons ont présenté une croissance conforme aux attentes ; des colonies représentatives ont été prélevées et analysées à l’aide de la plateforme Bruker Microflex LT/SH MALDI-TOF. Le système MALDI-TOF est la solution optimale pour une identification bactérienne rapide et précise, et 20/30 Labs dispose d’une vaste bibliothèque personnalisée.

    Par la suite, des colonies présentant des caractéristiques distinctives ont été isolées de la plaque d’échantillonnage et étalées pour obtenir des colonies isolées de culture pure, qui ont ensuite été utilisées pour l’extraction de l’ADN génomique (ADNg).

  3. 3.

    Étape 3 : Extraction de l’ADN génomique

    L’extraction a été réalisée à l’aide du système Qiagen Genomic-tip, conformément aux instructions d’utilisation (IFU) de Nanopore (fabricant). À aucun moment, aucune fragmentation de l’ADNg n’a été effectuée.

  4. 4.

    Étape 4 : Préparation de la bibliothèque NGS et séquençage.

    Après l’extraction, la préparation de la bibliothèque NGS a été réalisée. L’ADN génomique extrait a été séquencé directement, sans amplification préalable par PCR. Pour ce faire, l’ADN génomique extrait a d’abord été normalisé, ses extrémités réparées, puis préparées en vue de la ligature des molécules adaptatrices Nanopore. 10 femtomoles de la bibliothèque préparée ont ensuite été immédiatement chargées dans une cellule de flux Nanopore et le séquençage a été lancé avec les paramètres de course spécifiques. L’application de séquençage a permis de générer 15,86 Gb de données de lecture, avec 1,12 million de lectures uniques. À l’issue de l’assemblage de novo du génome à l’aide de l’outil Flye Assembler, la profondeur moyenne de séquençage a été estimée à environ 1 800X.

  5. 5.

    Étape 5 : Typage séquentiel multilocus

    Après l’identification des bases, un typage séquentiel multilocus (MLST) a été réalisé pour l’échantillon :
    Les allèles de référence pour les sept gènes MLST de Pseudomonas aeruginosa fournis par le client (trpE, nuoD, aroE, acsA, guaA, ppsA, mutL) ont été téléchargés depuis pubmlst.org. L'outil krocus a ensuite été utilisé pour mapper les lectures de l'échantillon aux allèles de référence. Le type MLST de l'isolat a été déterminé en comparant les allèles présents avec la liste des profils MLST de Pseudomonas aeruginosa, téléchargée depuis pubmlst.org.

  6. 6.

    Étape 6 : Résultat

    Un consensus a été établi entre les isolats ; l’isolat britannique a également été identifié comme étant Pseudomonas aeruginosa ST-17, ce qui confirme l’origine de l’épidémie.

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